Итербий: атомен номер 70, атомно тегло 173.04, име на елемент, произлизащо от мястото на откриването му. Съдържанието наитербийВ земната кора е 0,000266%, присъстващ главно във фосфорит и черно рядко злато, докато съдържанието в монацит е 0,03%, със 7 естествени изотопа.
Откриване на историята
Открито от: Маринак
Време: 1878 г.
Местоположение: Швейцария
През 1878 г. швейцарските химици Жан Шарл и Г. Мариняк откриват нов рядкоземен елемент – ербий. През 1907 г. Улбан и Вайлс посочват, че Мариняк отделя смес от лутециев оксид и итербий оксид. В памет на малкото селце Ютербю близо до Стокхолм, където е открита итриева руда, този нов елемент е наречен Итербий със символа Yb.
Електронна конфигурация
1s² 2s² 2p6 3s² 3p6 4s² 3d10 4p6 5s² 4d10 5p6 6s² 4f14
Метал
Метален итербийе сребристосив, пластичен и има мека текстура. При стайна температура итербият може бавно да се окислява от въздух и вода.
Съществуват две кристални структури: α- типът е гранецентрирана кубична кристална система (стайна температура -798 ℃); β- типът е обемноцентрирана кубична кристална система (над 798 ℃). Точка на топене 824 ℃, точка на кипене 1427 ℃, относителна плътност 6,977 (α- тип), 6,54 (β- тип).
Неразтворим в студена вода, разтворим в киселини и течен амоняк. Доста стабилен е на въздух. Подобно на самария и европия, итербият принадлежи към редкоземните елементи с променлива валентност и може да бъде и в положително двувалентно състояние, освен че обикновено е тривалентен.
Поради тази променлива валентна характеристика, получаването на метален итербий не трябва да се извършва чрез електролиза, а чрез метод на редукционна дестилация за получаване и пречистване. Обикновено,метален лантансе използва като редуциращ агент за редукционна дестилация, използвайки разликата между високото налягане на парите на метала итербий и ниското налягане на парите на метала лантан. Алтернативно,тулий, итербийилутецийКонцентратите могат да се използват като суровини, а металният лантан може да се използва като редуктор. При условия на високотемпературно вакуумиране >1100 ℃ и <0,133 Pa, металният итербий може да се екстрахира директно чрез редукционна дестилация. Подобно насамарийиевропий,Итербият може да бъде отделен и пречистен и чрез мокра редукция. Обикновено като суровини се използват концентрати от тулий, итербий и лутеций. След разтваряне, итербият се редуцира до двувалентно състояние, което води до значителни разлики в свойствата, и след това се отделя от други тривалентни редкоземни елементи. Производството на високочист итербиев оксид обикновено се извършва чрез екстракционна хроматография или йонообменен метод.
Приложение
Използва се за производство на специални сплави.Итербиеви сплависа били прилагани в денталната медицина за металургични и химични експерименти.
През последните години итербият се появи и бързо се разви в областта на оптичните комуникации и лазерните технологии.
С изграждането и развитието на „информационната магистрала“, компютърните мрежи и системите за пренос на оптични влакна на дълги разстояния имат все по-високи изисквания към производителността на оптичните влакнести материали, използвани в оптичната комуникация. Итербиевите йони, благодарение на отличните си спектрални свойства, могат да се използват като материали за усилване на влакната за оптична комуникация, точно както...ербийитулийВъпреки че редкоземният елемент ербий все още е основният играч в производството на оптични усилватели, традиционните кварцови влакна, легирани с ербий, имат малка честотна лента на усилване (30 nm), което затруднява посрещането на изискванията за високоскоростно и висококапацитетно предаване на информация. Йоните Yb3+ имат много по-голямо напречно сечение на абсорбция от йоните Er3+ около 980 nm. Чрез сенсибилизиращия ефект на Yb3+ и енергийния трансфер на ербий и итербий, светлината с дължина на вълната 1530 nm може да бъде значително подобрена, като по този начин значително се подобрява ефективността на усилване на светлината.
През последните години, фосфатното стъкло, ко-дотирано с ербий и итербий, е все по-предпочитано от изследователите. Фосфатните и флуорофосфатните стъкла имат добра химическа и термична стабилност, както и широка инфрачервена пропускливост и големи характеристики на неравномерно разширяване, което ги прави идеални материали за широколентови и високо-усилващи се ербиево-допирани оптични стъкла. Yb3+-допираните оптични усилватели могат да постигнат усилване на мощността и усилване на малки сигнали, което ги прави подходящи за области като оптични сензори, лазерна комуникация в свободно пространство и усилване на ултракъси импулси. Китай в момента е изградил най-голямата в света система за оптично предаване с един канал по отношение на капацитет и най-висока скорост, и разполага с най-широката информационна магистрала в света. Допираните с итербий и други редкоземни елементи оптични усилватели и лазерни материали играят решаваща и важна роля в тях.
Спектралните характеристики на итербия се използват и като висококачествени лазерни материали, както като лазерни кристали, лазерни стъкла, така и като влакнести лазери. Като високомощен лазерен материал, легираните с итербий лазерни кристали са образували огромна серия, включително легирани с итербий...итриев алуминийгранат (Yb: YAG), легиран с итербийгадолинийгалиев гранат (Yb: GGG), легиран с итербий калциев флуорофосфат (Yb: FAP), легиран с итербий стронциев флуорофосфат (Yb: S-FAP), легиран с итербий итриев ванадат (Yb: YV04), легиран с итербий борат и силикат. Полупроводниковият лазер (LD) е нов тип източник на помпено лъчение за твърдотелни лазери. Yb:YAG има много характеристики, подходящи за високомощно LD изпомпване и се е превърнал в лазерен материал за високомощно LD изпомпване. Кристалът Yb:S-FAP може да се използва като лазерен материал за лазерен ядрен синтез в бъдеще, което е привлякло вниманието на хората. В настройваемите лазерни кристали има хром-итербиев холмий-итриев алуминиев галиев гранат (Cr, Yb, Ho: YAGG) с дължини на вълните от 2,84 до 3,05 μ. Непрекъснато регулируеми между m. Според статистиката, повечето инфрачервени бойни глави, използвани в ракети по света, използват 3-5 μ. Следователно, разработването на Cr, Yb, Ho:YSGG лазери може да осигури ефективна интерференция за противодействие на оръжия с насочване в средния инфрачервен спектър и има важно военно значение. Китай е постигнал серия от иновативни резултати с международно напреднало ниво в областта на лазерните кристали, легирани с итербий (Yb:YAG, Yb:FAP, Yb:SFAP и др.), решавайки ключови технологии като растеж на кристали и бърз, импулсен, непрекъснат и регулируем лазерен изход. Резултатите от изследванията са приложени в националната отбрана, промишлеността и научното инженерство, а продуктите от кристали, легирани с итербий, са изнесени в множество страни и региони, като Съединените щати и Япония.
Друга основна категория итербиеви лазерни материали е лазерното стъкло. Разработени са различни лазерни стъкла с високо напречно сечение, включително германиев телурит, силициев ниобат, борат и фосфат. Поради лекотата на формоване на стъклото, то може да се произвежда в големи размери и има характеристики като висока пропускливост на светлината и висока еднородност, което прави възможно производството на лазери с висока мощност. Познатото лазерно стъкло от редкоземни елементи се е използвало предимно...неодимстъкло, което има история на развитие от над 40 години и зряла технология за производство и приложение. То винаги е било предпочитаният материал за мощни лазерни устройства и е било използвано в експериментални устройства за ядрен синтез и лазерни оръжия. Мощните лазерни устройства, произведени в Китай, състоящи се от лазернеодимСтъклото като основна лазерна среда е достигнало световно напреднало ниво. Но лазерното неодимово стъкло сега е изправено пред сериозно предизвикателство от лазерното итербиево стъкло.
През последните години голям брой изследвания показват, че много свойства на лазерното итербиево стъкло превъзхождат тези нанеодимстъкло. Поради факта, че луминесценцията, легирана с итербий, има само две енергийни нива, ефективността на съхранение на енергия е висока. При същото усилване, итербиевото стъкло има ефективност на съхранение на енергия 16 пъти по-висока от неодимовото стъкло и 3 пъти по-дълъг живот на флуоресценция от този на неодимовото стъкло. То също така има предимства като висока концентрация на легиране, честотна лента на абсорбция и може да бъде директно напомпвано от полупроводници, което го прави много подходящо за мощни лазери. Практическото приложение на итербиевото лазерно стъкло обаче често разчита на помощта на неодим, като например използването на Nd3+ като сенсибилизатор, за да се накара итербиевото лазерно стъкло да работи при стайна температура, а μ лазерната емисия се постига при m дължина на вълната. Така че, итербият и неодимът са едновременно конкуренти и партньори в сътрудничеството си в областта на лазерното стъкло.
Чрез регулиране на състава на стъклото могат да се подобрят много луминесцентни свойства на итербиевото лазерно стъкло. С развитието на високомощните лазери като основна насока, лазерите, изработени от итербиево лазерно стъкло, намират все по-широко приложение в съвременната промишленост, селското стопанство, медицината, научните изследвания и военните приложения.
Военна употреба: Използването на енергията, генерирана от ядрения синтез, като енергия винаги е било очаквана цел, а постигането на контролиран ядрен синтез ще бъде важно средство за човечеството да реши енергийните проблеми. Лазерното стъкло, легирано с итербий, се превръща в предпочитан материал за постигане на подобрения в инерционния термоядрен синтез (ICF) през 21-ви век, благодарение на отличните си лазерни характеристики.
Лазерните оръжия използват огромната енергия на лазерния лъч, за да поразяват и унищожават цели, генерирайки температури от милиарди градуса по Целзий и атакувайки директно със скоростта на светлината. Те могат да бъдат наречени Надана и имат голяма смъртоносност, особено подходящи за съвременните оръжейни системи за противовъздушна отбрана във война. Отличните характеристики на лазерното стъкло, легирано с итербий, го правят важен основен материал за производството на високомощни и високопроизводителни лазерни оръжия.
Фибролазерът е бързо развиваща се нова технология и принадлежи към областта на приложенията на лазерното стъкло. Фибролазерът е лазер, който използва влакно като лазерна среда и е продукт на комбинацията от влакнеста и лазерна технология. Това е нова лазерна технология, разработена на базата на технологията на легиран с ербий влакнест усилвател (EDFA). Фибролазерът се състои от полупроводников лазерен диод като източник на помпа, оптичен вълновод и усилваща среда, както и от оптични компоненти като решетъчни влакна и съединители. Не изисква механично регулиране на оптичния път, а механизмът е компактен и лесен за интегриране. В сравнение с традиционните твърдотелни лазери и полупроводникови лазери, той има технологични и експлоатационни предимства като високо качество на лъча, добра стабилност, силна устойчивост на смущения от околната среда, липса на настройка, липса на поддръжка и компактна структура. Поради факта, че легираните йони са главно Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, всички от които използват редкоземни влакна като усилваща среда, фибролазерът, разработен от компанията, може да се нарече и редкоземен влакнест лазер.
Приложение на лазера: Високомощните двойно плакирани влакнести лазери, легирани с итербий, се превърнаха в гореща област в технологията за твърдотелни лазери в международен план през последните години. Те имат предимствата на добро качество на лъча, компактна структура и висока ефективност на преобразуване, и имат широки перспективи за приложение в промишлената обработка и други области. Двойно плакираните влакна, легирани с итербий, са подходящи за напомпване на полупроводникови лазери, с висока ефективност на свързване и висока изходна мощност на лазера и са основната насока за развитие на влакната, легирани с итербий. Китайската технология за двойно плакирани влакна, легирани с итербий, вече не е на нивото на напредналото ниво на чуждестранните страни. Разработените в Китай влакна, легирани с итербий, двойно плакирани влакна, легирани с итербий, и влакна, легирани с ербий итербий, съвместно легирани с итербий, са достигнали напредналото ниво на подобни чуждестранни продукти по отношение на производителност и надеждност, имат предимства по отношение на разходите и имат основни патентовани технологии за множество продукти и методи.
Световноизвестната немска компания за IPG лазери наскоро обяви, че новопуснатата им система с фибролазер, легиран с итербий, има отлични характеристики на лъча, живот на помпата над 50 000 часа, централна дължина на вълната на емисия от 1070 nm-1080 nm и изходна мощност до 20 kW. Тя се прилага при фино заваряване, рязане и пробиване на скали.
Лазерните материали са ядрото и основата за развитието на лазерните технологии. В лазерната индустрия винаги е имало поговорка, че „едно поколение материали, едно поколение устройства“. За да се разработят усъвършенствани и практични лазерни устройства, е необходимо първо да се притежават високопроизводителни лазерни материали и да се интегрират други съответни технологии. Лазерните кристали и лазерното стъкло, легирани с итербий, като новата сила на твърдите лазерни материали, насърчават иновативното развитие на оптичната комуникация и лазерните технологии, особено в авангардни лазерни технологии като високомощни лазери за ядрен синтез, високоенергийни лазери с бийт плочки и високоенергийни оръжейни лазери.
Освен това, итербият се използва и като активатор на флуоресцентен прах, радиокерамика, добавки за компоненти на електронна компютърна памет (магнитни мехурчета) и добавки за оптично стъкло. Трябва да се отбележи, че итрият и итрият са редкоземни елементи. Въпреки че има значителни разлики в английските имена и символи на елементите, китайската фонетична азбука има едни и същи срички. В някои китайски преводи итрият понякога погрешно се нарича „итрий“. В този случай трябва да проследим оригиналния текст и да комбинираме символите на елементите, за да потвърдим.
Време на публикуване: 13 септември 2023 г.